This doctoral dissertation was produced in a cooperation between Halmstad University (Wetland Research Centre, School of Business and Engineering) and Lund University (Limnology &amp; Marine Biology, Department of Ecology). Abstract . Wetland creation at large, regional scales is implemented as a measure to abate the biodiversity loss in agricultural landscapes and the eutrophication of watersheds and coastal areas by non-point source nutrient pollution (mainly nitrogen). The consequences of creating many new wetlands for biodiversity conservation and nutrient reten- tion (ecosystem functioning) in agricultural landscapes are still relatively unknown, both on local (per wetland) and regional (per landscape) scales. In Sweden, wetland creation has progressed already since the 1990s, and by now larger numbers of created wetlands are present, mainly in the intensively farmed landscapes of southwestern Sweden. This thesis aimed to investigate the following aspects in these systems: (i) their large-scale effects on biodiversity, (ii) their functional diversity of bacterial denitrifiers, (iii) the abiotic and biotic influences on wetland ecosystem functioning, (iv) the potential for biodiversity-function links, and (v) the potential for functional links and joint functioning.(i) Created wetlands hosted diverse assemblages of macroinvertebrates and plants. They maintained a similar com- position and diversity as natural ponds in agricultural landscapes. The environmental conditions per wetland did hardly affect macroinvertebrate and plant assemblages, and the prerequisites for nutrient retention did neither. In landscapes were wetland creation efforts had increased the total density of small water bodies by more than 30%, macroinver- tebrate diversity of created wetlands was facilitated on both local and regional scales. (ii) Diverse communities of denitrifying bacteria with the capacity for conducting different denitrification steps (functional types) were present in all investigated wetlands. The richness of denitrifying bacteria communities was affected by nitrate concentration and hydraulic loading rate, which may potentially be relevant for the nitrogen retention function of created wetlands. The diversity across different functional types of bacterial denitrifiers increased with nitrate concentration. (iii) Both abiotic and biotic factors influenced ecosystem functions of created wetlands. Variation in nitrogen retention was associated to nitrate load, but even to vegetation parameters. In wetlands with constant nitrate load, planted emergent vegetation facilitated nitrogen retention compared to other vegetation types. In wetlands with variable loads, nitrogen retention was facilitated if nitrate load was high and many different vegetation types were present; nitrogen load could explain the majority of the variation in nitrogen retention compared to vegetation parameters. Phosporus retention of created wetlands was best explained by vegetation parameters. Litter decomposition was inhibited at high nitrate to phosphorus ratios. Methane production increased with age and decreased with plant cover. (iv) Biodiversity may facilitate wetland ecosystem functions, particularly in dynamic wetland ecosystems. Nitrogen retention increased with vegetation type diversity, phosphorus retention capacity with plant richness, and litter decomposition with macroinvertebrate diversity. (v) Created wetlands have the capacity of sustaining several parallel ecosystem services. Some wetland functions were coupled; nitrogen retention increased with fast litter decomposition. On the other hand, methane emission and nitro- gen retention were independent of each other, as were nitrogen and phosphorus retention.In conclusion, created wetlands have the potential to at least partly abate the lost biodiversity and multifunctionality caused by the past extensive destruction of natural wetlands in agricultural landscapes. / <p>[Paper II] Milenkovski S., Thiere G., Weisner S.E.B., Berglund O. &amp; Lindgren P.-E. Variation of eubacterial and denitrifying bacterial biofilm communities among constructed wetlands. Submitted manuscript. [Paper V] Thiere G. &amp; Weisner S.E.B. Influence of biotic and abiotic parameters on ecosystem functioning of created wetlands. Manuscript.</p>

L’assainissement d’effluents résiduaires urbains par filtres plantés de roseaux (FPR) rencontre, depuis plus de trois décennies, un engouement croissant en raison de ses remarquables performances de traitement ainsi que de considérations technico-économiques et écologiques. Néanmoins, des objectifs de traitement de plus en plus contraignants, ainsi qu’un marché de plus en plus concurrentiel, amènent la nécessité d’une meilleure connaissance des processus afin d’en optimiser la conception en fonction du contexte. Une attention toute particulière a été portée au traitement de l’azote, au cours de cette étude, en raison de l’aspect particulièrement contraignant de son élimination. Ces travaux se sont articulés autour de trois axes principaux permettant l’évaluation des principaux mécanismes d’élimination de l’azote (nitrification, dénitrification et adsorption, respectivement). Un premier volet, conduit sur unités pilotes alimentées en effluents domestiques réels, s’est attaché à identifier l’impact respectif de divers critères de dimensionnement et opérationnels (profondeur de filtration, surface de filtration, charges hydrauliques et organiques) afin de proposer des consignes de conception adaptées aux objectifs de traitement sur l’azote ammoniacal ainsi que la matière organique et la pollution particulaire. Une seconde partie de l’étude, mené à échelle pilote à partir d’effluents semi-synthétiques, s’est quant à elle focalisée sur le processus de dénitrification afin de mettre en exergue les critères majeurs (composition des effluents, paramètres de conception et fonctionnement) pour l’atteinte de performances poussées sur le traitement des nitrates. Enfin, un dernier axe de recherche, effectué en laboratoire en colonne, a visé à évaluer l’effet de l’adsorption d’ammonium sur matériaux filtrants réactifs (zéolithe) en vue d’optimiser par la suite le temps de rétention de cette espèce au regard des cinétiques de dégradation biologique. Une synthèse des connaissances acquises au cours de cette étude a donné lieu à des conseils de conception ainsi qu’à des recommandations pour d’éventuelles études complémentaires. / The treatment of domestic wastewater by constructed wetlands (CWs) meets, from more than three decades, an increasing interest because of its high treatment efficiency as well as technological, economic and ecological issues. However, with treatment objectives that are growing ever stricter and an increasingly competitive market, fine knowledge of removal processes is required in order to optimize design in regards with context. A particular attention was paid to nitrogen removal, through this study, because of its particularly coercive dimension in treatment process. This work is partitioned in three axes which enable the assessment of the main mechanisms ensuring nitrogen removal (nitrification, denitrification and sorption, respectively). A first part, conducted in pilot-scaled units fed in real domestic wastewater, aimed at identifying the respective effects of various design and operational parameters (filtration height, filtration area, hydraulic and organic loads) in order to provide design recommendations for an efficient removal of ammonium as well as organic matter and suspended solids. A second part of this work, carried out in pilot-scaled units fed with semi-synthetic wastewater, focused on denitrification process in order to highlight driving parameters (influent composition, design and operational parameters) of full nitrate removal. Last but not least, a third research axis, conducted in column-scaled units, assessed the ammonium adsorption onto reactive material (i.e. zeolite) in order to optimize the retention time of ammonium within the system in regards with nitrification kinetic. These results were then summarized in order to provide design guidelines as well as recommend further complementary experiments.

Orientadora: Prof.ª Dra Luisa Helena dos Santos Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental, 2016. / Biorreatores com Membranas Submersas (BRMS) são, atualmente, reconhecidos como opção viável para o tratamento de esgotos sanitários e o reúso de águas. Apesar disso, a tecnologia é geralmente vista como de alto investimento quando comparado a sistemas convencionais de tratamento de esgoto, sobretudo pelo maior gasto energético com aeração do sistema. Porém, BRMS quando operados sob condições específicas para nitrificação e desnitrificação simultâneas (NDS), é possível obter um efluente de elevada qualidade com menor custo, devido a menor necessidade de aeração. Nesse sentido, a operação do sistema de BRMS com o processo de NDS pode aumentar a utilização desta tecnologia no tratamento de esgoto sanitário. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo principal avaliar a remoção de nitrogênio via NDS em diferentes concentrações de oxigênio dissolvido (OD) em uma unidade piloto de um Biorreator de Membranas Submersas tratando esgoto sanitário. Para isso, o experimento foi dividido em três Fases de acordo com a concentração de oxigênio dissolvido no licor misto: Fase I (2,3 mgO2/L), Fase II (0,8 mgO2/L e Fase III (0,3 mgO2/L). Foram alcançadas elevadas eficiências de remoção de material orgânico, independente das variações na concentração de OD, DBO5 com valores médios de 98%, 97% e 98% e DQO de 95%, 96% e 95% para as Fases I, II e III, respectivamente. A remoção média de nitrogênio total obtida foi 33% na Fase I, 60% na Fase II e 50% na Fase III. Onde a remoção via NDS foi responsável por 60%, 78% e 74% do total removido para as Fases I, II e III, respectivamente. A remoção de nitrogênio amoniacal não foi limitada devido as baixas concentrações de OD e houve acúmulo de NO2-. O sistema operou sob baixos valores de pressão transmembrana durante todo o período, porém foi encontrada diferença significativa nos valores da Fase III em relação às Fases I e II. Houve uma redução significativa na permeabilidade da membrana quando a concentração de OD no licor misto foi reduzida para 0,3 mg/L, porém sem efeito significativo quando a concentração de OD foi de 0,8 mg/L. Foram observados maiores valores de SPE ligado na Fase III em relação às demais, principalmente na fração de carboidratos que pode estar diretamente ligada a taxa de fouling. Foi possível alcançar remoção de NT em OD de 0,8 mg/L (Fase II) sem causar um impacto negativo no desempenho das membranas, sendo esta fase a mais adequada para a ocorrência do processo de NDS em BRMS. / Submerged Membrane Bioreactors (SMBR) are actually, recognized as viable option for wastewater treatment and reuse. Nevertheless, this technology is generally viewed as a high investment compared to conventional sewage treatment systems, especially for greater energy requirement for aeration system. However, SMBR when operated under specific conditions for simultaneous nitrification and denitrification (SND) it is possible to obtain a high quality effluent with lower compared to the conventional configuration because of less need for aeration. Therefore, the operation of the system SMBR with the NDS process can increase the utilization of this technology in the wastewater treatment. In this context, this study aimed to evaluate the removal of nitrogen via SND under different dissolved oxygen concentrations (DO) in a pilot of a SMBR treating wastewater. For this, the experiment was divided into three phases according to the concentration of dissolved oxygen in the mixed liquor: Phase I (2,3 mgO2/L), Phase II (0,8 mgO2/L and Phase III (0,3 mgO2/L). Were achieved high organic matter removal efficiencies regardless of fluctuations in DO concentration in terms of BOD5 average values of 98%, 97% and 98% and COD average values of 95%, 96% and 95% for Phases I, II and III respectively. The average total nitrogen removal was 33% in Phase I, 60% in Phase II and Phase III 50%. Where the removal means SND is responsible for 60%, 78% and 74% of the total removed for Phases I, II and III respectively. The removal of ammoniacal nitrogen is not limited by the low DO concentrations and there was accumulation of NO2- in Phase III. The system operated under low transmembrane pressure values throughout the period, but significant difference was found in the values of Phase III in relation to phases I and II. There was a significant reduction in membrane permeability when the DO concentration in the mixed liquor was reduced to 0.3 mg/L, but without significant effect when the DO concentration was 0.8 mg/L. It was observed highest bound EPS values in Phase III in relation to the others, mainly in the fraction of carbohydrates that can be directly linked to fouling rate. Satisfactory NT removal was achieved when concentration DO was 0.8 mg/L (Phase II) without causing a negative impact on the performance of membranes, being this phase the most suitable for the occurrence of the SND process in SMBR.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The increase in the availability of nutrients to soil microorganisms, especially carbon (C) and nitrogen (N), through crop residues and animal slurries can increase dioxide carbon (CO2) and nitrous oxide (N2O) emissions to the atmosphere. In order, to evaluate this hypothesis, two studies in field conditions were conducted in a typic Hapludalf at experimental area of Soils Department of UFSM-RS. The evaluated treatments were: T1-crop residues (CR) of oat; T2-CR of oat + pig slurry (PS); T3-CR oat + dairy cattle slurry (DCS); T4- CR of oat + N (urea); T5-CR common vetch, T6- CR of mixture between oat+vetch; and T7-fallow. The assessments started soon after the management of cover crops and application of animal slurries. The first study, evaluated the CO2 emission continuously for a period of 99 days. In the second study, it was evaluated the N2O emissions during 322 days. The inclusion of oat in mixture with vetch reduced the C mineralization rate of the CR, which was inversely proportional to the C/N ratio of CR, and followed this order: vetch> oat+vetch> oat. The addition of mineral N with DCS, did not increase the C mineralization of oat straw. The DCS application on the oat straw decreased C mineralization of slurry in relation to their application on the bare soil. The largest N2O fluxes occurred in the first days after the management of cover crops and application of animal slurries. The DCS were organic residue wich promoted greatest cumulative N2O emissions. In favorable conditions for the N2O emission in the soil, the production of this gas seems to be dependent on the C availability in soluble form. / O aumento na disponibilidade de nutrientes aos microrganismos do solo, especialmente de carbono (C) e nitrogênio (N), por meio de resíduos culturais e dejetos de animais pode aumentar as emissões de dióxido de carbono (CO2) e óxido nitroso (N2O) à atmosfera. Com o objetivo de avaliar essa hipótese foram realizados dois estudos em condições de campo, em um Argissolo Vermelho Distrófico arênico, na área experimental do Departamento de Solos da UFSM-RS. Os tratamentos avaliados foram os seguintes: T1- Resíduos culturais (RC) de aveia preta; T2- RC de aveia preta + dejetos líquidos de suínos (DLS); T3- RC de aveia preta + dejetos líquidos de bovinos (DLB); T4- RC de aveia preta + N (uréia); T5- RC de ervilhaca comum; T6- RC do consórcio entre aveia+ervilhaca; e T7- Pousio. As avaliações iniciaram logo após o manejo das plantas de cobertura e da aplicação dos dejetos de animais. No primeiro estudo foi avaliada a emissão de CO2 continuamente por um período de 99 dias. No segundo estudo avaliaram-se as emissões de N2O durante 322 dias. A inclusão da aveia no consórcio com a ervilhaca reduziu a taxa de mineralização do C dos RC, a qual foi inversamente proporcional à relação C/N dos RC, e acompanhou a seguinte ordem: ervilhaca > aveia+ervilhaca > aveia. A adição de N mineral, via DLB, não aumentou a mineralização do C da palha de aveia. A aplicação dos DLB sobre a palha de aveia diminuiu a mineralização do C dos dejetos em relação a sua aplicação em solo descoberto. Os maiores fluxos de N2O ocorreram nos primeiros dias após o manejo das plantas de cobertura e da aplicação dos dejetos de animais. Os DLB foram os resíduos orgânicos que promoveram a maior emissão acumulada de N2O. Em condições favoráveis à emissão de N2O no solo, a produção desse gás parece ser dependente da disponibilidade de C na forma solúvel.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The swine manure is a major source of nitrogen (N) to crops, although its inappropriate use can lead to N losses which in return pollute environment and reduces its value as organic fertilizer. The sustainability of pig farming depends on strategies that could improve crops N utilization from pig slurry and mitigate harmful environmental impact caused by its use. The objective of this study was to evaluate the effect of full and split pig slurry (PS) application in no-till corn and wheat, with and without nitrification inhibitor (NI), on: N accumulation, productivity, and nitrous oxide (N2O) emissions. The study was conducted from November 2010 to November 2011 on a typic Hapludalf. The treatments used in corn and wheat were: 1) control; 2) PS full (pre-planting); 3) PS split (1/3 at pre-planting and 2/3 sidedressing); 4) PS full + NI; 5) PS split + IN; 6) mineral NPK. Agrotain Plus was used as NI as it contains 81 % of dicyandiamide (DCD). It was used at a rate of 7 kg ha-1. The use of PS increased N accumulation and yield of maize/wheat crops and were at par with NPK mineral fertilizer. However, N2O emission was increased with PS and NPK application. Split application of PS and NI did not affected N accumulation and yield of maize and wheat crops however splitting of PS reduced N2O emissions from wheat crop. The use of NI reduced N2O soil emissions in both crops and in the two methods of PS application. On an average, N2O emission was reduced by 15.5% and 45.0 % in maize and wheat, respectively. From the results it was apparent that, the strategy of combining NI with PS could reduce environmental implications associated with the sole use of PS. / Os dejetos de suínos constituem uma importante fonte de nitrogênio (N) às culturas, embora o seu uso inadequado possa acarretar em perdas de N que poluem o ambiente e reduzem o poder fertilizante dos dejetos. A sustentabilidade da suinocultura depende de estratégias que melhorem o aproveitamento do N dos dejetos líquidos de suínos pelas culturas e que possam mitigar o impacto ambiental negativo provocado pelo seu uso agrícola. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da forma de aplicação dos dejetos líquidos de suínos (Dls) e do uso de inibidor de nitrificação (IN) sobre o acúmulo de N, a produtividade e as emissões de óxido nitroso (N2O) no cultivo do milho e do trigo em plantio direto. A pesquisa foi conduzida de novembro de 2010 a novembro de 2011 em um Argissolo Vermelho Alumínico úmbrico. Os tratamentos aplicados no milho e no trigo foram: 1) testemunha; 2) Dls em dose única (pré-semeadura); 3) Dls em dose parcelada (1/3 pré-semeadura e 2/3 cobertura); 4) Dls em dose única + IN; 5) Dls em dose parcelada + IN e 6) N-uréia + PK. O produto Agrotain Plus , que contém em sua formulação 81 % do inibidor de nitrificação dicianodiamida (DCD), foi misturado aos dejetos na dose de 7 kg ha-1. A aplicação dos dejetos aumentou o acúmulo de N e a produtividade do milho e do trigo, apresentando resultados similares à uréia. Todavia, as emissões de N2O aumentaram com a aplicação dos dejetos de suínos e da uréia. O parcelamento da dose de Dls e o uso do inibidor de nitrificação não afetaram o acúmulo de N e a produtividade do milho e do trigo, mas o parcelamento da dose de dejetos mostrou-se eficiente na redução das emissões de N2O no trigo. O inibidor de nitrificação reduziu os fluxos de N2O no milho e no trigo, nas duas modalidades de aplicação dos dejetos. Em média, o uso do inibidor de nitrificação reduziu as emissões de N2O em 15,5 % no milho e 45,0 % no trigo. Os resultados deste trabalho mostram que a estratégia de adicionar a dicianodiamida (DCD) no momento da aplicação dos dejetos de suínos no campo pode reduzir o impacto ambiental negativo provocado pelo uso agrícola dos dejetos.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3420.pdf: 2614487 bytes, checksum: f5253a1d38ba330cdd10daa1e3e451b4 (MD5) Previous issue date: 2010-11-19 / Financiadora de Estudos e Projetos / Due to the growing concern with the environment and the welfare of future generations the search for the restoration of degraded areas and the reestablishment of equilibrium between the anthropogenic and natural environments are nowadays highlighted. The Ibirité Reservoir (Ibirité-Sarzedo, MG) is an example of water body impacted by the disorganized urbanization and strong industrial development in the metropolitan Belo Horizonte, MG, SE Brazil. The reservoir, built by the REGAP-Petrobras in the sixties to supply water to its industrial processes, is a eutrophic water body due to the continuous contribution of urban sewage (external loading) and the consequent internal loading of nutrients (mainly of phosphorus), the primary element responsible for the eutrophication process. Among the existing technologies for the treatment of eutrophic sediment focusing on the P immobilization is the artificial supply of nitrate as an electron acceptor to the stimulation of the natural denitrification process. In this stimulation process, the different geochemical forms of reduced iron are oxidized to iron (III) oxi-hidroxides that adsorbs the phosphorus present in the sediment pore water. In addition to that, the metallic sulfides and the organic matter are oxidized as well. This work aimed at the development of laboratory experiments in a bench scale (microcosms) in which sediments and water of the Ibirité reservoir were treated with nitrate addition in order to evaluate the organic matter transformations from caused this treatment. The results indicate that there was, in the treatment microcosms, an increase in the redox potential, an almost complete abatement of the acid volatile sulfide (AVS) of the sediments, and a significant reduction of available phosphorus in the water. The UVvis spectroscopy indicated differences in the spectral profiles between the control and treatment microcosms, but uniform trends along the experiment were not identified. The elemental analysis showed agreement with the results of AVS and nitrogen species in sediment pore water data, with the reduction of sulphur and nitrogen contents. / Diante da crescente preocupação com o meio ambiente e o bem estar das futuras gerações, destacam-se cada vez mais a busca pela recuperação das áreas degradadas e o restabelecimento do equilíbrio nas relações entre os meios natural e antrópico. A Represa Ibirité (Ibirité-Sarzedo, MG) é um exemplo de corpo de água impactado pela urbanização desorganizada e crescimento industrial da região metropolitana de Belo Horizonte, MG. A represa, construída pela REGAP-Petrobrás na década de 60 para suprimento de água em seus processos industriais, encontrase eutrofizada devido ao contínuo aporte de esgotos urbanos não tratados (carga externa) e à conseqüente carga interna de nutrientes, principalmente o fósforo, o principal responsável pelo processo de eutrofização. Dentre as tecnologias existentes para o tratamento de sedimentos eutrofizados, visando a imobilização do P, figura a adição de nitrato como um receptor de elétrons para o estímulo do processo natural de desnitrificação. Nesta estimulação, as diferentes formas geoquímicas de ferro reduzido são oxidadas a óxi-hidróxido de ferro (III) que adsorve o fósforo presente nas águas intersticiais, promovendo também, a oxidação dos sulfetos metálicos e a matéria orgânica presentes nos sedimentos. Neste trabalho o tratamento dos sedimentos e águas eutrofizados da Represa Ibirité foi avaliado em escala de bancada, utilizando microcosmos, onde se estudou a transformação da matéria orgânica presente nas águas de coluna, nos sedimentos e suas águas intersticiais. Os resultados indicam que houve, nos microcosmos-tratamento, um aumento do potencial redox do meio, um quase total abatimento do SVA dos sedimentos e uma redução do fósforo disponível nas águas em um nível bastante expressivo. As espectroscopias na região do UV-vis indicaram alterações nos perfis espectrais entre os microcosmos-controle e tratamento, sem, no entanto, identificar uma tendência uniforme ao longo dos períodos do experimento. A análise elementar foi concordante com os resultados de SVA e de espécies nitrogenadas nas águas intersticiais, pois mostram uma redução do teor de enxofre e de nitrogênio.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:03:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RafaelM_DISSERT.pdf: 1989956 bytes, checksum: 4d567b87a39f4ad9191e5a5c7decf060 (MD5) Previous issue date: 2011-08-22 / The groundwater quality has been compromised as a result of the intensification of human activities over the years. Groundwater contamination by nitrate is one of the effects of this degradation, a socio-environmental problem that affects many regions of the world and particular the city of Natal (RN). Developing techniques for nitrate removal in water is intended to eliminate or reduce the concentration of this compound, and those that involve biological processes have produced economic and environmental advantages. This study proposes a technology for biological removal of nitrate in water supply for humans, using the endocarp s coconut as a carbon source and bacteria support. The experiments were performed in pilot scale anoxic, testing different areas of the substrate surface. Results showed high rates nitrate removal during the monitoring period, noting the occurrence of denitrification after the beginning of system operation. The best performance was achieved in the treatment system containing substrate surface area increased, indicating that the decrease in the endocarp size contributed to increased bacterial activity, improving the ability to remove nitrate. About the quality analyzed aspects of water, it was found that the proposed technology has the potential water use for human consumption / A qualidade da ?gua subterr?nea vem sendo cada vez mais comprometida como consequ?ncia da intensifica??o das a??es antr?picas ao longo dos anos. Um dos efeitos dessa degrada??o ? a contamina??o dos mananciais subterr?neos por nitrato, um problema s?cio-ambiental que atinge diversas regi?es do mundo e, em particular, a cidade do Natal (RN). T?cnicas para remo??o de nitrato em ?guas t?m sido desenvolvidas a fim de eliminar, ou reduzir, a concentra??o deste composto, sendo que, as que envolvem processos biol?gicos t?m apresentado vantagens econ?micas e ambientais. Esse estudo prop?e uma tecnologia de remo??o biol?gica do nitrato em ?gua de abastecimento humano, utilizando o endocarpo de coco como fonte de carbono e suporte bacteriano. Os experimentos foram realizados em c?maras an?xicas em escala piloto, testando diferentes ?reas superficiais do substrato. Os resultados mostraram elevadas taxas de remo??o de nitrato ao longo do per?odo de monitoramento, observando a ocorr?ncia da desnitrifica??o logo ap?s o in?cio do funcionamento do sistema. O melhor desempenho foi alcan?ado no sistema de tratamento contendo substrato de maior ?rea superficial, indicando que a diminui??o no tamanho do endocarpo contribuiu com o aumento da atividade bacteriana, melhorando a capacidade de remo??o de nitrato. Quanto ? qualidade da ?gua analisada, verificou-se que a tecnologia proposta tem potencialidade de uso da ?gua para consumo humano

O fenômeno conhecido como Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (SND) significa que em um mesmo reator ocorre simultaneamente a nitrificação e a desnitrificação, sob condições de operações idênticas, podendo ser justificada principalmente pela teoria de microambiente no floco ou biofilme. Assim, em um único reator, sob condições controladas de oxigênio dissolvido (OD) e elevados tempos de residênciacelular épossível que ocorra a nitrificação e a criação de zonas anóxicas no interior dos flocos ou biofilme para a ocorrência da desnitrificação. Neste sentido, a tecnologia MBBR/IFAStem como característicaelevado tempo de residência celular do biofilme formado nos meios suporte presentes no reator. Deste modo, neste estudo avaliou-se a remoção de nitrogênio via SND em um sistema IFAS quando submetido a diferentes concentrações de OD e Tempo de DetençãoHidraulica de 5,5 e 11 horas, tratando efluente sanitário e efluente sintético. Os resultados experimentais demonstraram que pode ser possível desenvolver efetiva SND com concentrações de OD média de 1,0 mg.L-1 e 1,5 mg.L-1. Sendo que, foram obtidas eficiência média de remoção de NTde cerca de 68% e concentrações médias efluente de N-NH4 de aproximadamente 5,0 mg L-1, de N-NO3 inferiores a 4,5 mg L-1 e de N-NO2 em torno de 0,1 mg L-1, e com eficiência média de remoção DQO solúvel acima de 90%, quando empregado efluente sintético. Ademais, por meio da avaliação da emissão de Óxido Nitroso (N2O), foi possível comprovar que a desnitrificação ocorreu de forma efetiva. / The phenomenon known as Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) means that in the same reactor simultaneously occurring nitrification and denitrification under identical operations conditions, and can be mainly explained by the microenvironment theory inside the floc or biofilm. Therefore, in a single reactor under controlled conditions of dissolved oxygen (DO) and high Solids Retention Time (SRT) it is possible that the nitrification happens and the creation of anoxic zones within the flocsor biofilm to the occurrence of the denitrification. In this sense, the MBBR/IFAS technology is characterized by high SRT of the biofilm formed on the carriers present in the reactor. Thereby,this work evaluated the nitrogen removal through SND in a IFAS system when submitted to different DOconcentrations and Hydraulic Retention Time of 5.5 hours and 11.0 hours, treating domestic and synthetic effluents. The experimental results showed that it may be possible to develop effective SND withaverage concentrations of DO of 1.0 mg L-1 and 1.5 mg L-1. It was obtained a TN average removal efficiency about 68%, and an average effluent concentration of NH4-N of approximately 5.0 mg L-1, of NO3-N less than 4.5 mg L-1 and ofNO2-N around 0.1 mg L-1, and an average CODsoluble removal efficiency above 90%, employing synthetic effluent. Furthermore, by evaluating the Nitrous Oxide(N2O) emission, it was possible to prove that the denitrification occurred effectively.

Esse trabalho buscou avaliar a possibilidade de utilização do glicerol como fonte de carbono para a desnitrificação conjunta à remoção biológica de fósforo de um efluente sintético em um reator de fluxo contínuo submetido à aeração intermitente e com biomassa suspensa. O regime operacional do reator foi dividido em duas fases: a primeira visando somente a remoção de nitrato, testando diferentes relações Carbono/Nitrogênio (C/N) em Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) de 4 horas; e a segunda visando a remoção de nitrato e fosfato com períodos de aeração e não aeração de 2 e 4 horas respectivamente, para uma relação Carbono/Fósforo de 10 ± 1. Na primeira fase operacional foram testadas 3 relações C/N, a saber: 1,2 ± 0,1; 1,5 ± 0,1 e 1,8 ± 0,2. Para a relação C/N de 1,8 ± 0,2 foi possível atingir uma maior eficiência de desnitrificação com uma maior estabilidade operacional - 91 ± 8%. Para a segunda fase de operação que apresentou relação C/N de 3,5 ± 0,2, a desnitrificação foi completa na maior parte do tempo com 99 ± 2% de eficiência de remoção de NOx (nitrato mais nitrito), indicando que a desnitrificação com glicerol é favorecida para relações C/N mais altas. Não foi evidenciado uma remoção biológica de fósforo expressiva (9 ± 12%), indicando que não houve desenvolvimento dos organismos acumuladores de fósforo (OAPs), uma vez que a liberação de fosfato durante a fase não aerada não ocorreu. Isso pode ser explicado pela falta de ácidos graxos voláteis (AGV), que seriam provenientes da degradação anaeróbia do glicerol, sendo a maior parte desse consumida na desnitrificação. Portanto, o teor de nitrato pode ter sido um fator de impedimento ao desenvolvimento dos OAPs. Pelos ensaios de microscopia óptica foi observado a presença de bactérias filamentosas semelhantes às do gênero Beggiatoa, que também podem ter consumido parte dos substratos da fermentação do glicerol. Por essas razões, sugere-se avaliar outras configurações de reatores de modo a promover uma efetiva fermentação do glicerol previamente ao sistema de remoção de fósforo. / This study aimed to evaluate the feasibility of glycerol as a carbon source for denitrification and biological phosphorus removal of a synthetic wastewater in a continuous flow reactor with suspended biomass and subjected to intermittent aeration. The reactor operation was divided in two phases: the first one aimed only at removing nitrate, testing different C/N (Carbon/Nitrogen) ratios at an HRT (Hydraulic Retention Time) of 4 hours; and the second one aimed at the removal of nitrate and phosphate. During the second phase, the reactor was subjected to periods of aeration and non-aeration of 2 and 4 hours, respectively, for a C/P (Carbon/Phosphorus) ratio of 10 ± 1. In the first operational phase, three C/N ratios were tested, as follows: 1.2 ± 0.1; 1.5 ± 0.1 and 1.8 ± 0.2. For the C/N ratio of 1.8 ± 0.2, it was possible to achieve higher denitrification efficiency with greater operational stability - 91 ± 8%. For the second operational phase, with the C/N ratio of 3.5 ± 0.2, the denitrification was complete most of the time presenting 99 ± 2% of NOx (nitrate and nitrite) removal efficiency, indicating that the denitrification with glycerol is enhanced at higher C/N ratios. The biological phosphorus removal in this phase was not significant (12 ± 9%), indicating that there was no development of Phosphorus Accumulating Organisms (PAO), since the phosphate release during the anaerobic phase did not occur. This can be explained by the lack of Volatile Fatty Acids (VFA), which would come from the anaerobic degradation of glycerol that was consumed in denitrification. Therefore, the nitrate content may have been an interfering factor to the development of PAO. The optical microscopy analysis indicated the presence of filamentous bacteria similar to the genus Beggiatoa, which can also have consumed part of the substrates from the glycerol fermentation. For these reasons, it is suggested to evaluate other reactor configurations in order to promote the effective fermentation of glycerol previously to the phosphorus removal system.

A presente pesquisa teve, por principal objetivo, avaliar a viabilidade da desnitrificação autotrófica, empregando sulfeto como doador de elétrons, aplicada a efluentes de reatores anaeróbios tratando esgoto sanitário. Estudos anteriores indicam que o sulfeto presente na fase líquida de efluentes e no biogás pode ser utilizado como doador de elétrons para a desnitrificação. Porém, há poucas informações sobre as interações entre os ciclos do carbono, nitrogênio e enxofre neste processo que permitam a utilização prática dos fundamentos já conhecidos sobre a desnitrificação na presença de sulfeto. Neste trabalho, realizaram-se ensaios de desnitrificação na presença de sulfeto, a fim de se avaliar o potencial de uso desse composto como doador de elétrons. Inicialmente, foram utilizados frascos de 1 L contendo biomassa imobilizada em espuma de poliuretano, alimentados com meio sintético nitrificado contendo sulfeto como doador e nitrito e nitrato como receptores de elétrons. Variou-se a concentração de sulfeto, obtendo-se diferentes relações N/S. Constatou-se desnitrificação completa de ambos os receptores estudados; entretanto, isto só ocorreu com estabilidade para relações N/S inferiores à relação estequiométrica baseada nas reações químicas correspondentes, isto é, quando foi aplicado sulfeto em excesso. Os resultados mostraram que a oxidação total ou parcial dos compostos de enxofre no processo depende da relação N/S, e a velocidade de consumo de nitrato foi maior que a de nitrito. Posteriormente, realizaram-se novos ensaios semelhantes ao anterior, porém, a alimentação consistiu na mistura do efluente sintético nitrificado a efluente de reator anaeróbio tratando água residuária de abatedouro de aves, e o único receptor de elétrons aplicado foi nitrato. Neste caso, foi constatada desnitrificação completa na relação N/S correspondente à estequiometria relativa a sulfeto e nitrato. A cinética de remoção de nitrogênio seguiu modelo de decaimento exponencial de primeira ordem; entretanto, houve limitação à transferência de massa intraparticular e na fase líquida, fato que caracterizou os modelos ajustados como sendo de primeira ordem. As velocidades específicas aparentes obtidas na primeira fase foram próximas de 15 mgN/gSSV.h, tanto com a aplicação de nitrato, quanto de nitrito como receptores de elétrons. Na segunda fase, a máxima velocidade específica aparente de remoção de nitrato foi da ordem de 6 mgN/gSSV.h. / The feasibility of autotrophic denitrification of effluent from anaerobic reactor treating domestic sewage using sulfide as electron donor was evaluated. Prior researches reveals sulfide into liquid phase of effluents and biogas can be utilized as electron donor for denitrification. However, information about the interaction between carbon, nitrogen and sulfur cycles in this process are few to permit practice utilization of known fundamentals about denitrification in presence of sulfide. In this work, laboratory tests of denitrification in the presence of sulfide were carried out to evaluate potential employ of this compound as electron donor. Initially, 1 L flasks with immobilized biomass in polyurethane foam was fed with synthetic nitrified wastewater containing sulfide as donor and nitrite e nitrate as electron acceptors. Sulfide concentration was diversified to obtain different N/S ratios. Complete denitrification occurred with nitrate and nitrite; nevertheless, it was observed in a stable way only for N/S ratios smaller than stoichiometric rate based in the corresponding chemistry reactions, that is, when applied excess of sulfide. The results showed that total or partial sulfur compounds oxidation depends on N/S ratio and the nitrate removal rate was bigger than nitrite removal rate. Afterward, new assays were carried out in the same way. However, the flasks were fed with synthetic nitrified wastewater mixed to effluent from anaerobic reactor treating bird slaughterhouse wastewater, and nitrate was the only electron acceptor applied. In this case, complete denitrification was evidenced for stoichiometric N/S ratio relating to sulfide and nitrate. Nitrogen removal kinetic followed exponential decay model of first order; however, this behavior was due to mass transfer limitation in the liquid phase and intraparticular. Apparent specific rates of nitrogen removal found in the first phase were nearby 15 mgN/gSSV.h, with nitrate as well as nitrite application. In the second phase, maxima apparent specific rate of nitrogen removal in nitrate form was about 6 mgN/gSSV.h.